石油工程设计大赛采油单项组

团队编号：第九届中国石油工程设计大赛方案设计类采油气工程单项组完成日期2019年4月17日中国石油工程设计大赛组织委员会制作品简介本方案为XX油田采油气工程方案，根据SY/T6081-2012《采油工程方案设计编写规范》，应用Meyer压裂模拟软件完成了对该区T井压裂方案的设计，应用自编软件“压裂液返排优化设计系统”，对压裂液返排进行优化，应用pipesim软件完成了采油气工程方案设计，全文共10个章节。节为油田概况。本章介绍了油田地理位置、地层情况、构造和储层特征，温度、压力数据，以及实验和现场获得地层、原油、天然气参数。为完井设计。本章分析了常用完井方式的优缺点、计算了井筒出砂情况，并在此基础上依据油田经验选择了套管射孔完井方式。为套管设计。本章在所给井深结构的基础上，根据SY5724-2008《套管柱强度与结构设计》和《API套管强度数据》对套管进行优选。为射孔工艺设计，本章基于为达到最大油井产能的目的，对影响射孔参数的各因素进行分析，优选了射孔参数，对射孔后的套管强度进行了校核，对射孔配套设备做出了选择；根据储层特性，以保护储层的原则，对射孔液类型进行优选。为压裂设计，本章利用Meyer软件对施工参数和泵注程序进行了优化设计，并利用自编软件“压裂液返排优化设计系统”对压裂液的返排进行了优化。将为采油采气设计。生产阶段分为自喷阶段和人工举升阶段。自喷阶段利用pipesim软件，建立生产系统模型，模拟生产阶段，设计出合理的油管尺寸和油嘴尺寸；人工举升采用的是有杆泵举升方式，并对有杆泵举升方式的设备做出了选择。为防蜡、防腐设计。防蜡设计是根据原油高含蜡的特点，分析了蜡的形成机理，清、防蜡的方法，预测了蜡开始析出的井深，并作出了具体的清、防蜡措施；防腐设计主要介绍了油田上常见的油套管腐蚀机理和影响因素，提出了具体的防腐措施。为生产管理及HSE。为经济评价。主要从投资费用估算、操作费用估算和销售收入、税金及附加三个部分对T井进行经济评价。第10章为推荐方案。目录目录 ⑦荧光测定激光法。目前处理溢油的物理方法主要有：1、燃烧法燃烧法即用火点燃溢出的油，使其能在较短时间内燃烧完，无需复杂的装置，处理费用相对较低。但是这种方法可能会对生态平衡造成不良的影响，并且浪费能源。2、化学试剂法分散剂。主要由主剂和溶剂组成，主剂为非离子型表面活性剂，溶剂为石油系碳氢化合物。目前分散剂的使用已受到严格的控制，一般只有在机械回收无效或无法进行机械回收时，且使用分散剂能减少对环境危害的情况下才可以投入使用；当存在火灾或爆炸的隐患、生命财产受到重大威胁时，分散剂的使用量才不受限制。固化剂（凝油剂）。它的优点是毒性低，不受风浪的影响，能够有效地防止溢油扩散，与围油栏配合使用时，能提高围油栏的使用效率。目前较为常见的固化剂有山梨糖醇类、氨基酸衍生物、高分子聚合物类、天然酯类等。3、生物法生物法就是通过微生物用油类作为其新陈代谢的营养物质，从而达到去除溢油污染的目的。这类方法的优点是高效、经济、安全、无二次污染。（2）污水处理处理含油污水的目的是要求排放水或回注水达到相应的排放或回注标准，同时应充分考虑防止系统内腐蚀。含油污水处理方法有物理方法和化学方法，但在生产实践过程中两种方法往往相结合应用。归纳目前主要应用的含油污水处理方法如表所示。表油田含油污水处理的主要方法处理方法特点沉降法靠原油颗粒和悬浮杂质与污水的比重差实现油水渣的自然分离，主要用于除去浮油及部分颗粒直径较大的分散油杂质。混凝法在污水中加入混凝剂，把小油粒聚结成大油粒，加快油水分离速度，可除去颗粒较小的部分散油。气浮法向污水中加入气体，使污水中的乳化油或细小的固体颗粒附在气泡上，随气泡上浮到水面，实现油水分离。过滤法用石英砂、无烟煤、滤芯或其它滤料过滤污水除去水中小颗粒油粒及悬浮物。生物处理法靠微生物来氧化分解有机物，达到降解有机物及油类的目的。旋流器法高速旋转重力分异，脱出水中含油。第9章经济评价油藏经济评价的依据和方法经济评价是在油田地质、油藏工程、钻井工程、采油工程和地面工程等课题研究成果的基础上，按照国家计委颁布的经济评价方法与参数的要求，根据国家现行财税制度和价格体系，结合气田开发的实际情况，对方案的投资、采气成本费用和气价进行估算、预测，对油藏工程设计的技术上可行的开发方案进行评价；考察方案的盈利能力、清偿能力等财务状况，据以判别方案的财务可行性，并据此优选项目建设方案的一种评价方法。同时，开发方案进行不确定性分析，以预测不确定性因素所带来的投资风险，考察项目的抗风险能力，最终为项目投资决策提供科学的依据。经济评价中遵循以下原则：（1）项目实施时投入和产出对应；（2）经济评价范围截至点的支出和收入(或结算价格)可定量；（3）工程建设项目是独立完整的；（4）评价范围最小化原则。经济评价依据如下：（1）国家和石油行业制定颁布的有关石油工业建设项目的法律、法规和经济政策。（2）国家发展和改革委员会、建设部颁发的《建设项目经济评价方法与参数》（第三版）（发改投资[2006]1325号文）；（3）税费文件：①《中华人民共和国企业所得税法》（2007年中华人民共和国主席令第63号）（财税[2001]202号）②《中华人民共和国增值税暂行条例》（1993年国务院令第134号）；③《中华人民共和国城市维护建设税暂行条例》（国发[1985]19号文）；④1990年国务院第60号令“关于修改《征收教育费附加的暂行规定》的决定”；⑤2005年7月29日财税[2005]115号《财政部、国家税务总局关于调整原油天然气资源税税额标准的通知》；⑥国务院及财政部下发的《国务院关于开征石油特别收益金的决定》、《石油特别收益金征收管理办法》等；⑦《高危行业企业安全生产费用财务管理暂行办法》（财企[2006]478号）。投资费用估算采油气项目的总投资主要包括前期研究费用、完井投资、生产设备成本、改造工程投资、油田废弃、涨价预备费、铺底流动资金。前期研究费用估算前期研究费用包括，测试数据费用和实验费用。表单井前期研究费用序号费用名称费用（万元）1测试数据52实验3合计8完井和生产设备投资估算完井和生产设备投资包含直接工程费：完井工程费（准备，完井工程，材料）、泵、管线及电缆费用等；间接费用：设计费、管理费、第三方检验费、保险费、生产准备费等；基本预备费。表单井采完井和生产设备投资费用序号费用名称费用（万元）1直接工程油管1502有杆泵和其他井下工具4003射孔（射孔枪和管柱使用、射孔弹、射孔液等）2004完井、防砂等3005采油树及配套工具1006压裂及其配套设施607能源消耗1008间接费用设计费39管理费810第三方检验费2011其他费用1012基本预备费80合计1431改造和废弃费用估算改造费用分为防腐，控水，防蜡的费用。表单井前期研究费用序号费用名称费用（万元）1改造费用防腐152修井、控水123防蜡204废弃费用10合计57其他投资包括涨价预备费和铺底流动资金，分别取250万元和150万元。操作费用估算与外国合作者的石油合同中，生产操作被定义为：每个油（气）田从开始商业性生产之日起，为生产石油所进行的全部作业以及与其有关的所有活动，诸如油气采出、注入、措施、处理、储存、运输和提取等作业。这个过程产生的费用包括表8-4中罗列各项。表单井操作费用序号费用名称费用（万元）序号费用名称费用（万元）1人员费用209仓储及港杂22道路510化学药剂103集输5011油气水分离84供电812环境保护85燃料费513培训26消防214医疗27维修费10015不可预见费108通讯5合计247销售收入、税金及附加估算销售收入T井平均单井日产油40m3/d，平均单井产气量2000m3/d。根据现今国际油价，布伦特平均约美元/桶，换算为元/m3。天然气价格为3元/m3。单井平均年产油14600m3，收益万元；单井平均年产气730000m3，收益219万元。总销售收入万元。税收营业税金主要包括增值税、城市维护建设税、资源税及企业所得税，具体征收比例如下表所示。表需交税种及税率项目税率增值税17%城市建设附加税增值税的7%教育费附加税收增值税的3%矿产资源补偿税5%企业所得税二免三减半，25%估算结果以上计算得出经济评价汇总表。表单井每年经济评价汇总表项目金额（万元）投资费用前期研究费用8完井和生产设备投资1431改造和废弃费用57涨价预备费250铺底流动资金150操作费用247销售收益石油天然气219增值税城市维护建设税教育费附加矿产资源补偿税企业所得税财务评价评价的主要指标包括财务内部收益率、财务净现值和投资回收期。其评价指标计算方法如下：（1）财务净现值(FNPV)在一定的贴现率或者基准收益率下，将各年的净现金流量都贴现为基准年的现值，并求和。财务净现值考虑了资金的时间价值，是考察方案盈利能力的动态经济评价指标。其计算公式为： FNPV=t=1式中：CI为现金流入量，×104元；CO为现金流出量，×104元；（CI－CO）为第t年的净现金流量，×104元；ic为基准折现率，%；t为评价时间，年；n为计算期。现金流入量为天然气价格与单井年累积产气量之积，现金流出量为单井投资费用、单井年操作费用以及单井年税费之和。如果FNPV＞0，则说明方案有盈余；FNPV＝0表示盈亏平衡；FNPV＜0说明方案达不到基准收益率，油藏在该技术和天然气价格下不宜动用。（2）财务内部收益率（FIRR）财务内部收益率是指开发方案在评价时间内使其净现值等于零时的折现率。它反映的是方案占用的资金盈利率。财务内部收益率的计算公式为： t=1nFIRR≧基准年收益率时，认为方案满足经济要求，在财务上可以接受方案。（3）投资回收期(Pt)投资回收期是指按照设计方案开发油藏，净收益回收所有投资时所需要的时间，是静态评价指标。其计算公式为： t=1Pt投资回收期=(累计净现金流量开始为正的年数)－1＋(|上一年的累计净现金流量|÷当年的净现金流量)当Pt＞行业基准的投资回收期时，方案满足行业要求，可以对油藏进行开发。通过计算，T井生产后的经济评价指标如表所示：表财务评价主要指标计算结果指标数值财务内部收益率%财务净现值/万元由上表可以看出，原油价格为70美元/桶时，T井单井累计净利润为231万元。通过以上分析可得T井年累产经济指标：取年基准收益率为15%，年财务净现值（FNPV）为万元；年财务内部收益率（FIRR）为%，高于基准行业率6%。由计算知，由于油价较高等因素使得在对W9井评价时算得的投资回收期为0，因此不再陈述。评价结果表明，T井能取得很好的经济效益。综上所述，所选方案在评价期内具有较强的盈利能力。不确定性分析在计算期内，可能发生变化并影响项目盈利能力的主要因素有产量、投资、产品销售价格和补贴。根据目标区块的各单项因素的变化对财务内部收益率的影响进行了敏感性分析，敏感性分析结果见图。图技术敏感性分析图从敏感性分析结果可以看出，财务内部收益率的影响因素由强到弱依次是投资、产量、油价和补贴。当原油产量和项目投资在±20%的区间内变化、千方油成本在±10%的区间内变化、油价在±5%的区间内变化时，项目的税前内部收益率均高于行业基准收益率6%，说明项目评价期内抗风险能力很强。第10章设计结果油田概况（1）XX油田气候干燥、多风，温差较大。该区附近分布有公路，交通便利。通讯网络均覆盖该地区，通讯发达。（2）区储层岩性以砂砾岩、砂质砾岩和含砾粗砂岩为主，具有分选差、快速堆积等特点，岩石胶结中等，以泥质胶结为主。（3）储层有效孔隙度主要分布在%%之间，平均为%，空气渗透率主要分布在×10-3µm2–×10-3µm2之间，平均为×10-3µm2。另外，储层微裂缝发育，可采取压裂措施沟通（4）XX油田地层原油密度cm3，地下原油粘度·s，含蜡量%~%，凝固点13℃~18℃，体积系数，油藏天然气相对密度为。在设计过程中要注意防蜡。（5）储层压力系数为，地温梯度大约为℃/100m。储层润湿性为中性~亲水，中等速敏，中等~强水敏；同时储层具有不同程度的盐敏，临界盐度为4767mg/L。所以在施工设计过程中要注意储层保护。完井方式（1）本章分析了常见完井方式的优缺点、完井方式的选择原则及影响因素。（2）采用出砂指数法和斯伦贝谢比法对储层出砂情况进行预测，结果表明不出砂。（3）根据计算结果以及油田经验，选择T井的完井方式为：套管射孔完井图T井完井方式示意图套管设计本章利用等安全系数法依据表中的安全系数进行了套管设计，涉及结果如下：表套管安全系数抗拉安全系数St抗压安全系数Si抗挤安全系数Sc表套管设计结果开钻次序一开二开井深861135套管下深851132水泥返高m地面843钢级N-80N-80外径mm壁厚mm单重kg/m内径mm强度连接强度KN2140（短圆螺纹）1966（长圆螺纹）抗拉强度KN32472366抗内压MPa（短圆螺纹）（长圆螺纹）抗挤强度MPa射孔方案射孔参数优化设计结果为：20孔/米、射孔穿透深度米、孔径10mm左右、60°螺旋射孔格式进行射孔。根据完井套管尺寸为、射孔相位角60°、孔密20孔/m及螺旋布孔方式的要求，选取枪身直径为102mm的射孔枪。根据T井设计的射孔穿透深度、孔径、射孔枪直井等信息，选择YD102射孔弹，装药类型RDX（黑索金），药量32g。考虑到目的储层具有中等、强水敏特性，选用油基射孔液，以避免油气层水敏伤害。表射孔工艺设计结果射孔方式射孔枪射孔弹装药类型装药量（g）孔密(孔/m)电缆输送套管枪负压射孔102型射孔枪YD102RDX(黑索金)3220孔深(m)孔径(m）相位角(°)布孔方式射孔液负压值1060螺旋布孔油基射孔液备注T井的三段射孔层段的射孔工艺设计相同压裂增产工艺由于目的储层润湿性为中性、亲水，具有中等速敏，中等、强水敏特性，同时具有不同程度的盐敏，临界盐度为4767mg/L，再结合各种压裂液的优势及成本，最终选择油包水乳化压裂液。通过设计所给出的基础资料分析，储层埋深在1000m左右，压裂层位地层压力为14MPa，破裂压裂为22MPa左右。而天然石英砂广泛适用于中浅地层，而且资源丰富、成本较低，它的最高使用应力为~，同时天然石英砂具有成本优势，因而选择天然石英砂作为压裂支撑剂，粒径为20/40目。利用Meyer软件对T井进行压裂施工参数优化，优化设计结果如下表所示，具体施工泵序参见第5章的施工泵序设计结果。表各层位施工参数优化表压裂序号压裂层段排量m3/min前置液m3携砂液m3顶替液m3支撑剂m3支撑剂粒径(目)砂比%1~1310410252418020/402~13919522317520/403~13108103414920/40利用自编的压裂液返排优化设计软件，对T井压后返排工作制度进行优化：压后关井90min，使压裂液充分破胶，利于返排且能够减少出砂；返排初期裂缝未闭合，选择小油嘴放喷，以防止支撑剂回流；在返排后期，裂缝已经闭合，选择大油嘴放喷，加快返排减少滤失伤害。表T井压后返排工作制度优化结果压裂井名称T井返排阶段关井扩散（闷井）90min放喷放喷油嘴直径mm开始时间min井口压力MPa390154484595670106045采油采气设计本章利用利用pipesim软件模拟T井的整个水下油气开发的过程，建立开发模型如下图：（1）根据IPR曲线判断出T井具有自喷能力，可以进行前期的自喷生产图井底节点分析（2）优选了油管和油嘴尺寸，为和2in，并对油管进行了设计；模拟不同含水率时油井停喷的井底流压压力。表T井油管设计结果外径钢级单重kg/m壁厚mm内径mm通径mm连接强度KN抗内压MPa抗挤强度MPaN-80268表油藏停喷流压与含水率关系含水率（%）01020304050停喷压力（MPa）含水率（%）607080859095停喷压力（MPa）（3）采用了等级综合参数加权法并结合统计图版法，选择有杆泵举升方法并进行了有杆泵系统设计。表有杆泵井参数优化设计结果含水率(%)产液量(m3/d)下泵深度(m)抽油机型号泵径(mm)抽油杆尺寸(mm)405360057油管尺寸(mm)管柱钢级冲程(m)冲数(min-1)气锚扶正器合金钢C级螺旋式气锚滑动式刮蜡器扶正器清防蜡、防腐（1）利用pipesim软件，模拟出来结蜡深度约为井下150m。针对T井的情况采取机械清防蜡为主，化学清防蜡为辅的方法。①机械清蜡：选用外径为的“8”字型刮蜡片；设计刮蜡器的下入深度为150m；铅锤设计重量15-20kg；钢丝直径为。②化学防蜡：选用高分子型防蜡剂，乙烯—醋酸乙烯酯聚合物（EVA）。（2）结合T井情况，我们从选用抗腐蚀材料、合理设计金属结构和使用覆盖层方面入手，选择了以下防腐措施：（1）选用普通钢材的套管和油管。（2）对油井管材内使用二道底漆，二道面漆的普通型内涂层防腐工艺，涂层厚度：150～200μm。（3）配合封隔器，在油套环空加注环空保护液，保护套管内壁和油管外壁；（4）在井筒的重点腐蚀部位，使用牺牲阳极保护油管和缓蚀剂结合使用。油井缓蚀剂：炔氧甲基胺盐和炔氧甲基季胺盐复配，浓度为50～60mg/L。生产管理以及HSE本章对油气田生产管理、有杆泵采油井的管理以及生产过程中的健康、安全和环境保护做出了规范经济评价对T井进行生产建设费用、销售收入、税收估算，结果见表，并对T井进行生产投资可行性分析，结果表明，该方案抗风险能力较强，可以进行生产投资。表单井每年经济评价汇总表项目金额（万元）投资费用前期研究费用8完井和生产设备投资1431改造和废弃费用57涨价预备费250铺底流动资金150操作费用247销售收益石油天然气219增值税城市维护建设税教育费附加矿产资源补偿税企业所得税参考文献.布朗等著，张朝琛等译.升举法采油工艺[M].北京：石油工业出版社，1987.王鸿勋等.采油工艺原理[M].北京：石油工业出版社，1989.万仁溥.现代完井工程[M].北京:石油工业出版社,1995:56-59.万仁溥、罗英俊等.采油技术手册[M].北京:石油工业出版社,1993.万仁溥.采油工程手册[M].北京：石油工业出版社,2000.万仁溥.中国采油工程[M].北京：石油工业出版社,2015.张琪.采油工程原理与设计[M].东营：中国石油大学出版社,2000.何生厚.油气开采工程师手册[M].北京：中国石化出版社,2005.李克向.实用完井工程[M].北京：石油工业出版社,